Интерференционное устройство для измерения линейных перемещений

(56) Авторское свидетель3 Ф 991152, кл. 6 01 В 9/О струментальныйсбеков тво СССР, 1983. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТ-. ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров линейных перемещений и может быть использовано для измерения. перемещений и отклонений от прямолинейности направляющих станков и машин. Целью изобретения является повышение чувствительности к линейным поперечным емещеИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров линейных перемещений и может быть использовано для измерения ли,нейных перемещений. и отклонения от прямолинейности направляющих и других элементов станков и машин.Известно фотоэлектрическое устройство для измерения контроля отклонени от прямолинейности, состоящее из источника света, измерительной каретки, акусто-оптической ячейки, ультразвукового генератора, позиционно-чувствительного фотопреобраэователя, электронной схемы, фазового детектора и регистрирующего прибора. 8 процессе контроля отклонения от прямолиЯХ 1714346 А 1 ниям и производительности измерений, Устройство содержит отночастотный лазер, установленные по ходу излучения и оптически связанные с лазером акустический модулятор, плоские отражатели, светоделители и уголковые отражатели, светоделители и отражатели, обеспечивающие разделение и суммирование оптических сигналов, призму, оптически связанную со светоделителем и отражателем, цилиндрическую линзу, установленную на оптическом выходе уголкового отражателя последовательно с плоским зеркалом, фотоприемник, оптически связанные с призмой, фотоприемник, оптически связанный с уголковыми отражателями через одни из светоделителей и отражатель, фотоприемник, оптически связанный через вторые светоделители и отражатели с цилиндрической линзой, и электронный блок, подключенный входами к выходам фотоприемников. 1 ил,нейности измерительная каретка прокатывается по исследуемому объекту и в местах отклонения от прямолинейности смещается вверх-вниз вместе с акусто-оптической Сд ячейкой, что изменяет фазу качения выходя- фь щего из нее луча. Недостатком устройства (Ь является невысокая точность измерения, вызванная чувствительностью к помехам, обусловленным турбулентностью воздуш. ного тракта.Наиболее близким гю технической сущности к изобретению является устройство, содержащее одночастотный лазер, установленные последовательно по ходу его излучения расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излу1714346 25 30 35 01 = Оосоз 2 л Н). 40 45 Оу= Оосоз(2 И - 1 ау),Акустический модулятор 2 расщепляет излучение лазера 1 на два пучка, распространяющиеся под углом дифракциидруг к другу, сдвигает частоту одного иэ них по отношению к частоте излучения другого 50 пучка и модулирует излучение обеих пучков по фазе. Один из пучков (с нулевым порядком дифракции) попадает на отражатель 3, а другой, сдвинутый по частоте, направляется на отражатель 7, после отражения от.ко чения, выполненное в виде дифракционного фазового модулятора, плоские отражатели, светоделители, уголковые отражатели, фотоприемники, призму и электронный блок обработки сигналов.Недостатком устройства является невозможность измерения отклонения от прямолинейности линейных перемещений.Целью изобретения является повышение чувствительности к линейным поперечным смещениям и производительности измерений.На чертеже изображена схема одного из возможных вариантов интерферометрического устройства.Интерференционное устройство содержит одночастотный лазер 1, установленные по ходу излучения и оптически связанные с лазером акустический модулятор 2, первый отражатель 3 и последовательно за ним расположенные светоделитель 4, призму 5 и фотоприемник 6, образующие опорный канал, второй отражатель 7, второй светоделитель 8, два уголковых отражателя 9 и 10, один иэ которых (уголковый отражатель 9) предназначен для установки на объекте и второй фотоприемник 11, образующие измерительный канал, первый 3 и второй 7 отражатели оптически связаны с акустическим модулятором 2, и электронный блок 12. подключейный входами к выходам фотоприемников, цилиндрическую линзу 13, плоское зеркало 14, расположенное в фокальной плоскости цилиндрической линзы 13, третий отражатель 15, третий светоделитель 16 и третий фотоприемник 17,последовательно установленные и образующие второй измерительный канал, последовательно установленные и оптически связанные четвертый отражатель 18 и четвертый светоделитель 19, а также пятый отражатель 20 и пятый светоделитель 21 и уголковый отражатель 10.. Интерференционное устройство работает следующим образом. торых оба пучка направляются в опорный и измерительные каналы, интерферуют друг с. другом и попадают на фоточувствительныеплощадки фотоприемников 6, 11 и 17,5 10 15 20 В . результате интерференции разностных световых волн на фоточувствительных площадках фотоприемников возникают интерференционные полосы бесконечной ширины, которые пульсируют с частотой, равной. частоте модуляции, и вследствие этого на выходах соответствующих фотоприемников появляются электрические сигналы с частотой, равной частоте модуляции,В предлагаемом устройстве с помощью точной настройки можно добиться такого значения угла между опорным и измерительным лучами, при котором ширина полосы будет значительно превышать размеры фоточувствительной площадки фотоприемника и, следовательно, отпадает необходимость установки щелевой диафрагмы перед фотоприемником с размером, равным ширине интерференционной картины. Фото- приемник 6 формирует на своем выходе электрический сигнал. частота которого зависит от величины сдвига частоты излучения в пучках, выходящего из акустооптического модулятора 2, который принимается за опорный, На выходе этого фотоприемника появляется сигнал где Оо - амплитуда сигнала;1 - частота ультразвуковой волны в акустооптическом модуляторе,Фотоприемник 11 формирует йа своем. выходе электрический сигнал, полная фаза которого зависит от величины сдвига частоты потоков излучения. выходящих из акустического модулятора 2,и от скорости перемещения уголкового отражателя 9, установленного на измеряемом объекте. тем самым частота сигналана выходе фотоприемника 11 отличается от опорной и несет информацию о линейном перемещении уголкового отражателя 9. Амплитуда сигнала определяется выражением где М" 2 лЛ- волновое число;лу - оптическая длина пути светового поля между светоделителем 19 и уголковым отражателем 9.Путем сравнения сигналов 01 и Оу в электронном блоке 12 обработки сигналов получают информацию о линейном перемещении измеряемого объекта.Фотоприемник 17 формирует на своем выходе электрический сигнал с частотой, зависящей от сдвига частоты потока излучения в акустическом модуляторе 2, отскорости перемещения уголкового отражателя 9, от величины поперечных смещений уголкового отражателя 9. Наличие в канале последовательно расположенных цилиндрической линзы 13 и плоского зеркала 14 приводит к дополнительному увеличению оптического пути в зависимости от высоты падения пучка лучей относительно оптической оси цилиндрической линзы 13. При этом электрический сигнал на выходе фотоприемника будет равенОх = Оосоз(2 лй-Меу-Мхх.. где гх - разность оптических путей световой волны от уголкового отражателя 9 до свето- делителя 19, до и после смещения уголкового отражателя.Сравнивая электрические сигналы О 1, Оу и О в электронном блоке 12 обработки сигналов, получают информацию о поперечных смещениях уголкового отражателя 9.Формула изобретения Интерференционное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее одночастотный лазер. установленные по ходу излучения и оптически связанные с . лазером акустический модулятор, первый отражатель и последовательно за ним расположенные первый светоделитель, призму и первый.фотоприемник, образующие опорный канал, второй отражатель, второй све.тоделитель, два угопковых отражателя, один из которых предназначен для установки на объекте, и второй фотоприемник,образующие измерительнцй канал, первый и второй 5 отражатели оптически связаны с акустическим модулятором, и электронный блок, входы которого подключены к выходам фотоприемников, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности к 10 линейным поперечным смещениям и производительности измерений, оно снабжено последовательно установленными по ходу излучения и оптически связаннцми цилиндрической линзой, плоским зеркалом, распо лсженным в фокальной плоскостицилиндрической линзы, третьим отражагелем, третьим светоделителем и трет 1 им Фотоприемником, образующими второй измерительный канал, последовательно ус тановленными и оптически связанными четвертым отражателем и четвертым светоделителем, пятым отражателем и пятым светоделителем, цилиндрическая линза оптически связана с первым уголковым от ражателем, третий светоделитель оптически связан через пятый светоделитель с вторым уголковым отражателем, установленнцм за второй выходной грачью второго светоделителя, пятый отражатель оптиче ски связан с входом второго фотоприемникачерез четвертый светоделитель, а выход третьего фотоприемника подключен к.третьему входу электронного блока.1714346 дактор И.Ванюшкина Корректор Т.Малец и ГКНТ СССР Производственно-издательскиЯ комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 681 ВНИИПИ Гос Составитель А.КанысбекТехред М.Моргентвл Тираж Подписноеврственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушсквя наб., 4/5